JP2008071905A - Multilayer wiring substrate and semiconductor device, and production method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は一般に半導体装置に係り、特に樹脂材料、およびかかる樹脂材料を使った多層配線基板、およびかかる多層配線基板を使った半導体装置に関する。 The present invention generally relates to a semiconductor device, and more particularly to a resin material, a multilayer wiring board using the resin material, and a semiconductor device using the multilayer wiring board.
今日の高性能半導体装置では、半導体チップを担持するパッケージ基板として樹脂多層基板が使われている。一方、最近の高性能半導体装置では半導体チップに激しい発熱が生じ、しかも半導体チップは樹脂基板に比較して大きな弾性率を有するため、かかる半導体チップを担持する樹脂多層基板には、熱応力に起因する反りが発生しやすい。そこでこのような半導体装置を回路基板上にはんだバンプなどを介して実装した場合、半導体チップの発熱に伴ってバンプに大きな応力が印加され、半導体チップとパッケージ基板、あるいはパッケージ基板回路基板の間の電気的および機械的な接合が破壊されたり損傷したりする問題が生じる。 In today's high-performance semiconductor devices, a resin multilayer substrate is used as a package substrate carrying a semiconductor chip. On the other hand, in recent high-performance semiconductor devices, intense heat is generated in the semiconductor chip, and the semiconductor chip has a larger elastic modulus than that of the resin substrate. Therefore, the resin multilayer substrate carrying the semiconductor chip is caused by thermal stress. Warping is likely to occur. Therefore, when such a semiconductor device is mounted on a circuit board via a solder bump or the like, a large stress is applied to the bump as the semiconductor chip generates heat, and the semiconductor chip and the package substrate or the circuit board between the package substrate and the circuit board. The problem arises that the electrical and mechanical joints are broken or damaged.
そこでこのようなパッケージ基板の反りを抑制するため、従来、パッケージ基板を構成する樹脂多層基板の中心部にガラスクロスで補強されたコア層を配設した弾性率の大きい樹脂多層基板が使われている。 Therefore, in order to suppress such warpage of the package substrate, a resin multilayer substrate having a high elastic modulus in which a core layer reinforced with a glass cloth is disposed at the center of the resin multilayer substrate constituting the package substrate has been conventionally used. Yes.
一方、このような厚いコア層を有するパッケージ基板では、基板の厚さが増大し、基板中に形成されたビアプラグなどの信号路のインダクタンスが増加し、電気信号の伝送速度が低下してしまう問題が生じる。 On the other hand, in a package substrate having such a thick core layer, the thickness of the substrate increases, the inductance of a signal path such as a via plug formed in the substrate increases, and the transmission speed of an electric signal decreases. Occurs.
そこで従来、樹脂多層基板においてコア層を除き、厚さが500μm以下の極薄樹脂多層基板を実現する努力がなされている。
図1は、従来のコアを有する多層配線基板11の例を示す。
FIG. 1 shows an example of a
図1を参照するに、前記多層配線基板11の中心部にはガラスクロス11Gに樹脂を含浸させた厚さが40〜60μmのコア層11C1,11C2を積層したコア部11Cが設けられており、前記コア部11Cの上には、配線パターン12を有するビルドアップ絶縁膜11A,11Bが形成されている。また前記コア部11Cの下には、配線パターン12D,12Eを有するビルドアップ絶縁膜11D,11Eが形成されている。
Referring to FIG. 1, a core portion 11C in which core layers 11C 1 and 11C 2 having a thickness of 40 to 60 μm in which a
さらに前記コア部11Cを貫通して、前記配線層12Aと配線層12Dを接続するスルービア12Cが形成されている。
Further, a through via 12C that penetrates the core portion 11C and connects the
また最外部のビルドアップ絶縁膜11B,11E上にはソルダレジスト膜13A、13Bがそれぞれ形成されており、前記ソルダレジスト膜13A中には、電極パッド14Aが、また前記ソルダレジスト膜13B中には、電極パッド14Bが形成されている。
Solder resist films 13A and 13B are formed on the outermost
このようにして形成された多層配線基板11上には半導体チップ15がフェースダウン状態で実装され、半導体チップ15の電極バンプ16が対応する電極パッド14Aに接合される。また前記半導体チップ15とソルダレジスト膜13Aの間には、アンダーフィル樹脂層17が充填される。
The
また前記多層配線基板11の裏側においては、前記電極パッド14Bには、前記半導体チップ15と多層配線基板11よりなる半導体装置を回路基板に実装するためにはんだバンプ18が形成される。
On the back side of the
しかし、このようなコア部11Cを有する多層配線基板11では、コア層11C1,11C2を含めた基板全体の厚さが500μmを超えてしまう場合があり、このような場合には、前記スルービア12Cにより形成され電極パッド14Bから対応する電極パッド14Aに至る信号路の長さがやはり500μmを超えてしまうため、かかる長い信号路を伝送される信号は、インダクタンスの影響により遅延を受けてしまう。
However, in the
これに対し、図2のようにコア部11Cを除去し、多層配線基板の厚さを低減させることが考えられるが、このようなコアを含まない、いわゆるコアレス樹脂基板では弾性率が例えば前記コア部11Cを設けた場合の20GPaの値から、10GPa程度、あるいはそれ以下まで減少してしまい、従って先に述べた基板の反り、あるいは変形が大きな問題になる。ただし図2中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。 On the other hand, it is conceivable to remove the core portion 11C as shown in FIG. 2 and reduce the thickness of the multilayer wiring board. However, in a so-called coreless resin board that does not include such a core, the elastic modulus is, for example, the core. The value of 20 GPa when the portion 11C is provided is reduced to about 10 GPa or less, so that the warp or deformation of the substrate described above becomes a serious problem. However, in FIG. 2, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description thereof is omitted.
このように半導体チップを担持する多層配線基板が反った場合、かかる多層配線基板と、前記多層配線基板を有する半導体装置が実装される回路基板の接合部には大きな応力が印加され、接合部が破壊されたり損傷したりする問題が生じる。 When the multilayer wiring board carrying the semiconductor chip is warped in this way, a large stress is applied to the joint between the multilayer wiring board and the circuit board on which the semiconductor device having the multilayer wiring board is mounted. The problem of being destroyed or damaged arises.
従来のコアレス基板では、このような基板の反りを抑制するために、外周部に沿って補強部材(スティフナ)10Lを設けることが行われているが、このような補強部材を設けても、反りが抑制されるのが外周部分だけであり、基板中、大部分の領域では反りあるいは変形を十分に抑制することができない。 In the conventional coreless substrate, in order to suppress such warpage of the substrate, a reinforcing member (stiffener) 10L is provided along the outer peripheral portion. However, even if such a reinforcing member is provided, the warping is performed. Is suppressed only in the outer peripheral portion, and warping or deformation cannot be sufficiently suppressed in most regions of the substrate.
さらにこのような多層配線基板上に半導体チップを実装した半導体装置では、電源ラインと接地パターンの間にセラミックキャパシタよりなるデカップリングキャパシタを設け、不要電磁輻射を抑制しているが、セラミックキャパシタは、高温での熱処理を必要とするため、従来多層配線基板とは別体として形成され、多層配線基板上に例えばフリップチップ法により実装されていた。しかし、このような構成では、折角コアレス樹脂基板を使うことにより多層配線基板の厚さを低減させても、その効果が相殺されてしまう。またこのような外付けのデカップリングキャパシタを使った場合には、そのための配線を設ける必要があるが、かかる配線からの電磁波の不要輻射の問題を回避することができない。 Further, in a semiconductor device in which a semiconductor chip is mounted on such a multilayer wiring board, a decoupling capacitor made of a ceramic capacitor is provided between a power line and a ground pattern to suppress unnecessary electromagnetic radiation. Since heat treatment at a high temperature is required, it is conventionally formed as a separate body from the multilayer wiring board and mounted on the multilayer wiring board by, for example, a flip chip method. However, in such a configuration, even if the thickness of the multilayer wiring substrate is reduced by using the folded coreless resin substrate, the effect is offset. In addition, when such an external decoupling capacitor is used, it is necessary to provide wiring for that purpose, but the problem of unnecessary radiation of electromagnetic waves from such wiring cannot be avoided.
一の側面によれば本発明は、各々配線パターンを担持し、さらに前記配線パターンに接続されたビアプラグを有する複数のビルドアップ樹脂層の積層よりなる樹脂積層体を備えた多層配線基板であって、さらに前記樹脂積層体の上面および下面には、前記ビルドアップ層の弾性率よりも大きな弾性率を有する第1および第2のセラミック層が、それぞれ形成されており、前記第1および第2のセラミック層の少なくとも一方は、前記多層配線基板上において、前記多層配線基板に集積化されたキャパシタを形成することを特徴とする多層配線基板を提供する。 According to one aspect, the present invention is a multilayer wiring board provided with a resin laminate comprising a plurality of build-up resin layers each carrying a wiring pattern and further having a via plug connected to the wiring pattern. Further, first and second ceramic layers having an elastic modulus larger than the elastic modulus of the buildup layer are formed on the upper surface and the lower surface of the resin laminate, respectively. At least one of the ceramic layers forms a capacitor integrated on the multilayer wiring board on the multilayer wiring board. The multilayer wiring board is provided.
他の側面によれば本発明は、各々配線パターンを担持し、さらに前記配線パターンに接続されたビアプラグを有する複数のビルドアップ樹脂層の積層よりなる樹脂積層体を備えた多層配線基板の製造方法であって、前記樹脂積層体の上面および下面には、前記ビルドアップ層の弾性率よりも大きな弾性率を有する第1および第2のセラミック層が、それぞれ形成されており、前記第1および第2のセラミック層の少なくとも一方は、前記多層配線基板上において、前記多層配線基板に集積化されたキャパシタを形成し、前記第1および第2のセラミック層が、エアロゾルデポジション法により形成されることを特徴とする多層配線基板の製造方法を提供する。 According to another aspect, the present invention provides a method for manufacturing a multilayer wiring board comprising a resin laminate comprising a plurality of build-up resin layers each carrying a wiring pattern and having via plugs connected to the wiring pattern. The first and second ceramic layers having an elastic modulus larger than the elastic modulus of the buildup layer are formed on the upper and lower surfaces of the resin laminate, respectively. At least one of the two ceramic layers forms a capacitor integrated on the multilayer wiring board on the multilayer wiring board, and the first and second ceramic layers are formed by an aerosol deposition method. The manufacturing method of the multilayer wiring board characterized by these is provided.
本発明によれば、エアロゾルデポジション技術を使うことにより、弾性率の小さいビルドアップ樹脂層の積層よりなる樹脂積層体を備えたコアレス多層配線基板を含む多層配線基板において、前記樹脂積層体の表面が大きな弾性率を有する第1および第2のセラミック層により、その全面にわたり、上下から補強され、従ってかかる多層配線基板を使うことにより、半導体チップを高い信頼性で実装することが可能となる。その際、前記第1および第2のセラミック層の少なくとも一方をキャパシタとして使うことにより、大容量のセラミックキャパシタを集積化した、しかも力学的強度の向上した多層配線基板を実現することが可能となる。また前記第1および第2のセラミック層は、従来のソルダレジスト膜と同様に、はんだブリッジの発生防止、はんだピックアップ量の値源、はんだポットの汚染防止、アセンブリ時における基板保護、銅配線パターンの酸化や腐食の防止、さらにエレクトロマイグレーションの防止などの機能を果たす。 According to the present invention, in the multilayer wiring board including the coreless multilayer wiring board provided with the resin laminate including the build-up resin layer having a low elastic modulus by using the aerosol deposition technique, the surface of the resin laminate is provided. The first and second ceramic layers having a large elastic modulus are reinforced from the upper and lower sides over the entire surface. Therefore, by using such a multilayer wiring board, a semiconductor chip can be mounted with high reliability. At that time, by using at least one of the first and second ceramic layers as a capacitor, it is possible to realize a multilayer wiring board in which large-capacity ceramic capacitors are integrated and the mechanical strength is improved. . The first and second ceramic layers, like the conventional solder resist film, prevent the generation of solder bridges, the value of the amount of pick-up of solder, the prevention of contamination of the solder pot, the protection of the board during assembly, and the copper wiring pattern. It functions to prevent oxidation and corrosion, and to prevent electromigration.
図3は、本発明の第1の実施形態による半導体装置40の構成を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the semiconductor device 40 according to the first embodiment of the present invention.
図3を参照するに、前記半導体装置40は、コアレス多層配線基板20と、前記コアレス多層配線基板20上にフリップチップ実装された半導体チップ30とよりなり、前記コアレス多層配線基板20は、ビルドアップ絶縁膜21,22,23を積層した樹脂積層体20Rより構成されている。
Referring to FIG. 3, the semiconductor device 40 includes a coreless
ここで前記ビルドアップ絶縁膜21はその下面にCu配線パターン20aを、また上面Cu配線パターン21aを担持し、さらに前記Cu配線パターン21aと前記Cu配線パターン20aを電気的に接続するCuビアプラグ21bが形成されている。
Here, the build-up insulating
また前記ビルドアップ絶縁膜22はその下面に前記Cu配線パターン21aを、また上面にCu配線パターン22aを担持し、さらに前記Cu配線パターン22aと前記Cu配線パターン21aを電気的に接続するCuビアプラグ22bが形成されている。
The build-up insulating
さらに前記ビルドアップ絶縁膜23はその下面に前記Cu配線パターン22aを、また上面にCu配線パターン23aを担持し、さらに前記Cu配線パターン23aと前記Cu配線パターン22aを電気的に接続するCuビアプラグ23bが形成されている。
Further, the build-up insulating
図示の例では、前記Cuビアプラグ21b,22b,23bは40μmの径を有し、またCu配線パターン21a,22a,23aは30μm/30μmのラインアンドスペースパターンを形成する。
In the illustrated example, the Cu via
本実施形態の半導体装置40では、前記樹脂積層体20Rはその下面に、100〜200GPa、例えば150GPaの弾性率を有し厚さが10〜50μmのセラミック層20Aを、またその上面に同様なセラミック層20Bを担持しており、その結果、前記樹脂積層体20Rはコア層を含まないにもかかわらず、その全面にわたり上下から補強され、前記コアレス多層配線基板20は、各々のビルドアップ層はせいぜい2〜20GPa程度の弾性率しか有さないにもかかわらず、後で説明するように、優れた機械強度、すなわち弾性率を示す。
In the semiconductor device 40 of this embodiment, the
前記セラミック層20Aには前記Cu配線パターン20aの一部を露出する開口部20Ahが形成され、前記開口部20Ahにより露出されたCu配線パターン20aはパッド電極を形成する。同様に前記セラミック層20Bには前記Cu配線パターン23aの一部を露出する開口部20Bhが形成され、前記開口部20Bhにより露出された前記Cu配線パターン23aはパッド電極を形成する。
The
ここで前記セラミック層20A,20Bとしては、高弾性率材料として通常使われている材料を使うことができるが、このような材料としては、例えばアルミナ,ジルコニア,窒化アルミニウム,コーディエライト,ムライト,チタニア,石英,フォレステライト,ウォラストナイト,アノーサイト,エンスタタイト,ジオプサイト,アケルマナイト,ゲーレナイト,スピネル,ガーネットなど、さらにはチタン酸マグネシウム,チタン酸カルシウム,チタン酸ストロンチウム,チタン酸バリウムなどのチタン酸塩などを挙げることができる。特に、絶縁性および強度の観点から、アルミナ,ジルコニア,窒化アルミニウム,コーディエライト,ムライトなどを使うのが好ましい。
Here, as the
またこのようなセラミック層20A,20Bは、従来のソルダレジスト膜と同様に、はんだブリッジの発生防止、はんだピックアップ量の値源、はんだポットの汚染防止、アセンブリ時における基板保護、銅配線パターンの酸化や腐食の防止、さらにエレクトロマイグレーションの防止などの機能を果たすことができる。
Further, like the conventional solder resist film, the
さらに図3の半導体装置では、前記コアレス多層配線基板20上に半導体チップ20がフリップチップ実装され、前記半導体チップ20上のパッド電極(図示せず)が、バンプ電極31を介して前記セラミック層20B中に形成された開口部20Bhにおいて露出されたパッド電極23aに接合される。さらに前記コアレス多層基板20と前記半導体チップ20の間には、アンダーフィル樹脂層32が形成される。
Further, in the semiconductor device of FIG. 3, the
また図3の半導体装置40では、前記樹脂積層体20Rの下面において、前記セラミック層20A上に電極20Cが、前記ビルドアップ層21上で接地パターンを形成する配線パターン20aの一部(配線パターン20aG)に接続されて形成されており、前記電極20Cは、前記セラミック層20Aおよびその上の電極パターン20aと共に、セラミックキャパシタC3を形成する。
In the semiconductor device 40 of FIG. 3, on the lower surface of the
同様に前記図3の半導体装置40では、前記樹脂積層体20R上の前記セラミック層20B上に電極20D,20Eが、前記ビルドアップ層23上で接地パターンを形成する配線パターン23aの一部(配線パターン23aG)に接続してそれぞれ形成されており、前記電極20Dは、前記セラミック層20Bおよびその下の電極パターン23aと共に、セラミックキャパシタC2を形成する。また前記電極20Eは、前記セラミック層20Bおよびその下の別の電極パターン23aと共に、セラミックキャパシタC1を形成する。
Similarly, in the semiconductor device 40 of FIG. 3, the
例えば比誘電率が10のアルミナをセラミック層20A,20Bとして使い、電極20Cあるいは20D,20Eの有効電極面積が0.0015μm2、また前記セラミック層20A,20Bの厚さが10μmの場合、キャパシタC1,C2,C3として約0.13nFのキャパシタンスを実現することができる。
For example, when alumina having a relative dielectric constant of 10 is used as the
図4(A)は、図3の半導体装置40の平面図を、また図4(B)は裏面図を示す。 4A is a plan view of the semiconductor device 40 of FIG. 3, and FIG. 4B is a back view.
図4(A)を参照するに、前記多層配線基板20を構成する樹脂積層体20Rの表面では、Cu配線パターン23aがセラミック層20Bにより覆われており、さらに前記セラミック層20Bの表面には図3の電極20D,20Eに相当するCuパターンが連続的に形成されている様子がわかる。
Referring to FIG. 4A, the
また図4(B)の裏面図では、前記多層配線基板20を構成する樹脂積層体20Rの裏面がセラミック層20Aにより覆われており、さらに前記セラミック層20Aは、前記電極20Cに相当するCuパターンにより覆われている。また前記図4(B)の平面図には、配線パターン20aが前記セラミック層20A中に形成された開口部20Ahを介して露出され、行列上に配列した外部電極を構成する様子が示されている。
4B, the back surface of the
図3の半導体装置40では、前記樹脂積層体20R上へのセラミック層20A,20Bの形成を、図5に示す装置を使ったエアロゾルデポジション法により実行する。
In the semiconductor device 40 of FIG. 3, the
図5は、本発明で使われるエアロゾルデポジション装置60の構成を示す。 FIG. 5 shows a configuration of an aerosol deposition apparatus 60 used in the present invention.
図5を参照するに、前記エアロゾルデポジション装置60はメカニカルブースタポンプ62および真空ポンプ62Aにより真空排気される処理容器61を備えており、前記処理容器61中には、ステージ61A上に被処理基板Wが、X−Yステージ駆動機構61aおよびZステージ駆動機構61bによりX−Y−Z―θ方向に駆動自在に保持される。
Referring to FIG. 5, the aerosol deposition apparatus 60 includes a processing container 61 that is evacuated by a
前記処理容器61中には、前記ステージ61A上の被処理基板Wに対向してノズル61Bが設けられており、前記ノズル61Bはセラミック材料のエアロゾルをキャリアガスとともに供給され、これを前記被処理基板Wの表面に、ジェット61cとして吹き付ける。
A
このようにして吹き付けられたエアロゾルを構成するセラミック粒子は先にも述べたように好ましくは0.5μm以下の粒径を有しており、秒速50〜1000mの速度で噴射されることにより前記被処理基板Wの表面で衝撃固化し、セラミック膜を形成する。 The ceramic particles constituting the aerosol sprayed in this way preferably have a particle size of 0.5 μm or less, as described above. The surface of the processing substrate W is solidified by impact to form a ceramic film.
前記ノズル61Bに前記エアロゾルを供給するため、図4のエアロゾルデポジション装置60は粒径が好ましくは0.5μm以下のセラミック粉末原料を保持した原料容器63が設けられており、前記原料容器63には不活性ガスや高純度酸素などのキャリアガスが、高圧ガス源64から、質量流量コントローラ64Aを介して供給される。また前記原料容器63は、エアロゾルの発生を促進するため、振動台63A上に保持されている。前記原料容器63は、前記メカニカルブースタポンプ62および真空ポンプ62Aにより、成膜工程に先立って減圧状態に維持され、セラミック粉末原料の水分が除去される。
In order to supply the aerosol to the
次に、前記図5のエアロゾルデポジション装置60を使って行われる、図3の半導体装置40の製造工程を説明する。 Next, a manufacturing process of the semiconductor device 40 of FIG. 3 performed using the aerosol deposition apparatus 60 of FIG. 5 will be described.
図6(A)を参照するに、最初にCuあるいはCu合金よりなる基体70上にCu配線パターン20aが形成され、さらに前記Cu配線パターン20aを覆うように第1層目のビルドアップ絶縁膜21が、真空ラミネーション法により形成される。例えば前記ビルドアップ絶縁膜21として、巴川製紙株式会社より商品名TLF−30として市販されている樹脂絶縁膜を使うことができる。
Referring to FIG. 6A, first, a
さらに前記ビルドアップ絶縁膜21中にCO2レーザにより、前記プラグ21bに対応したビアホールが形成され、さらにかかるビアホールを含む前記ビルドアップ絶縁膜21の全面を、Cuの無電解メッキにより形成したCuシード層(図示せず)により覆い、さらに前記Cuシード層上に、例えば日立化成株式会社より商品名フォテックRY−3229として市販のレジスト膜(図示せず)を形成する。さらに前記レジスト膜を露光して前記ビアホールに対応した開口部を形成した後、電解メッキにより、前記ビアホールをCuにより充填する。これにより、前記ビルドアップ絶縁膜21中に前記Cuプラグ21bが形成される。
Further, a via hole corresponding to the
さらに前記Cuシード層上に新たなレジスト膜を形成し、これを所望の配線パターンに従ってパターニングし、電解メッキを行うことにより、前記ビルドアップ絶縁膜21上に配線パターン21aが形成される。
Further, a new resist film is formed on the Cu seed layer, patterned according to a desired wiring pattern, and subjected to electrolytic plating, whereby a
さらに前記ビルドアップ絶縁膜21上において前記配線パターン21aの間に介在しているCuシード層をエッチングにより除去した後、同様な工程を繰り返すことにより、前記基体70上に、前記図3で説明した樹脂積層体20Rが形成される。
Further, after removing the Cu seed layer interposed between the
次に図6(B)の工程において、前記樹脂積層体20R上の電極パッド形成領域をメタルマスクなどのスクリーンマスクMにより覆い、前記図5のエアロゾルデポジション装置60中においてセラミック層20Bを形成することにより、図7(C)に示すように、前記配線パターン23aのうち、パッド電極を構成する部分が前記セラミック層20B中の開口部20Bhを介して露出された構造が得られる。
6B, the electrode pad formation region on the
図7(C)の工程では、さらに前記セラミック層20B上に電極20D,20Eが、前記ビルドアップ層23上のCu接地パターン23aGに接続されて形成されている。このような電極20D,20Eも、先と同様にCuシード層を形成し、さらに電解メッキを行うことにより形成することができる。また図7(C)の工程では、前記Cu基体70がウェットエッチングにより除去される。
In the step of FIG. 7C,
次に図7(D)の工程において、前記ビルドアップ絶縁膜21の下面において、所定の電極パッド形成領域に同様なマスクパターンMが形成され、図5のエアロゾルデポジション装置60中においてセラミック層20Aが前記ビルドアップ層21の下面を覆うように形成される。
Next, in the step of FIG. 7D, a similar mask pattern M is formed in a predetermined electrode pad formation region on the lower surface of the
さらに図8(E)の工程において前記マスクパターンMを除去することにより、前記配線パターン20aのうち、パッド電極を構成する部分が前記セラミック層20A中の開口部20Ahを介して露出された構造が得られる。
Further, by removing the mask pattern M in the step of FIG. 8E, a structure in which a portion constituting the pad electrode in the
さらに図8(F)の工程において、前記セラミック層20A上にCu電極20Cが、前記ビルドアップ層21下面に形成されたCu接地パターン20aGに接続されて形成され、これにより前記コアレス多層配線基板20が形成される。
8F, a
さらに図8(F)のコアレス多層配線基板20上に半導体チップ20をフリップチップ実装することにより、先に説明した図3の半導体装置40が得られる。
Further, the semiconductor device 40 of FIG. 3 described above is obtained by flip-chip mounting the
なお図6(B)あるいは図7(D)の工程でマスクパターンMを使わず、前記セラミック膜20Aあるいは20Bを一様に形成した後、前記セラミック膜20A,20Bを、マスクプロセスを使ったエッチングによりパターニングすることも可能である。
6B or 7D, the
なお図6(B),図7(D)の工程において前記セラミック層20A,20Bとしては、先にも述べたように、通常高弾性材料として使われているセラミックスを使うことができ、特定はされないが、例えばアルミナ,ジルコニア,窒化アルミニウム,コーディエライト,ムライト,チタニア,石英,フォレステライト,ウォラストナイト,アノーサイト,エンスタタイト,ジオプサイト,アケルマナイト,ゲーレナイト,スピネル,ガーネットなど、さらにはチタン酸マグネシウム,チタン酸カルシウム,チタン酸ストロンチウム,チタン酸バリウムなどのチタン酸塩を使うことができる。
In the steps of FIGS. 6B and 7D, the
このうちでも、絶縁性および強度の観点から、アルミナ,ジルコニア,窒化アルミニウム,コーディエライト,ムライトなどの、粒径が10nm〜1μmの粉末を使うのが好ましい。さらに上記図6(B)あるいは図7(D)の工程において、二種類以上のセラミックスを使い、前記セラミック層20A,20Bを、例えばアルミナとジルコニアの混合膜として形成することも可能である。
Among these, from the viewpoint of insulation and strength, it is preferable to use a powder having a particle diameter of 10 nm to 1 μm, such as alumina, zirconia, aluminum nitride, cordierite, and mullite. Furthermore, in the process of FIG. 6B or FIG. 7D, it is possible to form the
本実施形態では、前記図5のエアロゾルデポジション装置60において、昭和電工株式会社より製品名160SG−4として市販のアルミナ粉末を使っている。 In the present embodiment, in the aerosol deposition apparatus 60 of FIG. 5, commercially available alumina powder is used as a product name 160SG-4 from Showa Denko KK.
なお、前記図3の半導体装置40において、前記高弾性セラミック層20A,20Bの代わりに例えばガラスクロスを含浸させた、コア材に使われるプリプレグを使った場合には、前記コアレス多層配線基板20において十分な弾性率の向上を達成することができない。またこのような場合には、図3における電極20C,20D,20Eを形成したところで、前記ガラスクロス含浸層の比誘電率が低いため、所望のキャパシタを形成することはできない。
In the semiconductor device 40 of FIG. 3, when a prepreg used for a core material impregnated with, for example, a glass cloth is used instead of the highly elastic
これに対し本発明では、先にも説明したように、比誘電率が10のアルミナをセラミック層20A,20Bとして使い、電極20Cあるいは20D,20Eの有効電極面積が0.0015μm2、また前記セラミック層20A,20Bの厚さが10μmの場合、キャパシタC1,C2,C3として約0.13nFのキャパシタンスを実現することができるのが確認された。
On the other hand, in the present invention, as described above, alumina having a relative dielectric constant of 10 is used as the
またこのようにして形成されたコアレス多層配線基板20の反りを、前記半導体チップ30を実装しない状態で測定したところ、一辺が4cmの大きさの基板では反りの値が50μm程度であり、また半導体チップが搭載される一辺が2cmの領域においては、20μm程度であり、補強部材を使わずとも半導体チップ3の実装が可能であることが確認された。
Further, when the warp of the coreless
また前記コアレス多層配線基板20上に前記半導体チップ30を実装後、コアレス多層配線基板20の反りを測定したところ、一辺が4cmの基板において反りの大きさは100μm以下であり、チップの剥離やビアコンタクトの断線は発生していないことが確認された。
Further, after the
さらに、このようにして形成されたコアレス多層配線基板20上に実際に半導体チップ30を前記図3で説明したようにフリップチップ実装し、前記半導体チップ30とコアレス多層配線基板20との間に、弾性率が10GPaの一般的なアンダーフィル樹脂層32(住友ベークライト株式会社より市販のCRP−4075S3)を充填し、これを150℃で30分間硬化させた後、−10℃から100℃の間で熱サイクル試験を300回繰り返した。
Further, the
その結果、本実施形態による、樹脂積層体20Rに高弾性セラミック層20A,20Bを設けた構成のコアレス多層配線基板20を使った半導体装置40では、半導体チップ30とコアレス多層配線基板20の間に剥離や断線は生じないことが確認された。
As a result, in the semiconductor device 40 using the coreless
なお、図3の構成において、前記アンダーフィル樹脂層32は、フィラーを添加されたものであっても、またフィラーを添加されないものであってもよい。 In the configuration of FIG. 3, the underfill resin layer 32 may be added with a filler or may not be added with a filler.
これに対し、前記図3の構成において前記高弾性セラミック層20A,20Bを設けなかった比較対照実験では、一辺の大きさが4cmの基板において、反りが前記実施形態における50μmの値から、300μmにまで増大してしまうのが確認された。またその際、一辺が2cmのチップ実装領域においては、反りが先の実施形態の場合の20μmから、100μm程度まで増大してしまい、半導体チップ30の実装は、先に図2で説明したような補強部材10Lを使わない限り、不可能であった。
On the other hand, in the comparative experiment in which the high elastic
そこで、上記比較対照実験では、前記セラミック層20A,20Bを設けないコアレス多層基板上に、厚さが1mmのステンレススチールよりなる補強部材を設けることにより反りの大きさを100μm程度に抑制して半導体チップの実装を行い、本実施形態と同様なアンダーフィル樹脂層32を同様に形成した後、同じ熱サイクル試験を行った。
Therefore, in the above comparative experiment, a warp was suppressed to about 100 μm by providing a reinforcing member made of stainless steel having a thickness of 1 mm on a coreless multilayer substrate without the
その結果、上記比較対照実験では、300回の熱サイクルにより、前記コアレス多層基板と半導体チップの間に破断が生じるのが確認され、またチップ実装状態での基板の反りが300μmに達するのが確認された。また、この比較対照実験では、半導体チップの剥離およびスルービアの断線も観察された。 As a result, in the above comparative experiment, it was confirmed that a breakage occurred between the coreless multilayer substrate and the semiconductor chip after 300 thermal cycles, and it was confirmed that the warpage of the substrate in the chip mounted state reached 300 μm. It was done. Further, in this comparative experiment, peeling of the semiconductor chip and disconnection of the through via were also observed.
このように、本発明によれば、弾性率の低いコアレス多層配線基板の上下面に高弾性セラミック層を、好ましくはエアロゾルデポジション法により形成することにより、前記コアレス多層配線基板が効果的に補強され、かかるコアレス多層配線基板を使った半導体装置の信頼性を大きく向上させることが可能となる。 Thus, according to the present invention, the coreless multilayer wiring board is effectively reinforced by forming high elastic ceramic layers on the upper and lower surfaces of the coreless multilayer wiring board having a low elastic modulus, preferably by the aerosol deposition method. Thus, the reliability of the semiconductor device using such a coreless multilayer wiring board can be greatly improved.
なお、本発明はコアレス多層配線基板のみならず、図1に示すようなコア部材を有する多層配線基板であっても、特に厚さが500μm以下で反りや変形が問題となるような場合においては、適用することも可能である。 Note that the present invention is not limited to a coreless multilayer wiring board, and even in a multilayer wiring board having a core member as shown in FIG. 1, particularly when the thickness is 500 μm or less and warping or deformation becomes a problem. It is also possible to apply.
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。 As mentioned above, although this invention was described about preferable embodiment, this invention is not limited to this specific embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the summary described in the claim.
(付記1) 各々配線パターンを担持し、さらに前記配線パターンに接続されたビアプラグを有する複数のビルドアップ樹脂層の積層よりなる樹脂積層体を備えた多層配線基板であって、
さらに前記樹脂積層体の上面および下面には、前記ビルドアップ層の弾性率よりも大きな弾性率を有する第1および第2のセラミック層が、それぞれ形成されており、
前記第1および第2のセラミック層の少なくとも一方は、前記多層配線基板上において、前記多層配線基板に集積化されたキャパシタを形成することを特徴とする多層配線基板。
(Additional remark 1) It is a multilayer wiring board provided with the resin laminated body which consists of a lamination | stacking of several buildup resin layers which carry | support each wiring pattern and also has the via plug connected to the said wiring pattern,
Furthermore, first and second ceramic layers having an elastic modulus larger than the elastic modulus of the buildup layer are respectively formed on the upper surface and the lower surface of the resin laminate,
At least one of the first and second ceramic layers forms a capacitor integrated on the multilayer wiring board on the multilayer wiring board.
(付記2) 前記多層配線基板はコアレス多層配線基板であることを特徴とする付記1記載の多層配線基板。 (Additional remark 2) The said multilayer wiring board is a coreless multilayer wiring board, The multilayer wiring board of Additional remark 1 characterized by the above-mentioned.
(付記3) 前記第1および第2のセラミック層は、100〜200GPaの弾性率を有することを特徴とする付記1または2記載の多層配線基板。 (Additional remark 3) The said 1st and 2nd ceramic layer has an elastic modulus of 100-200 GPa, The multilayer wiring board of Additional remark 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
(付記4) 前記第1および第2のセラミック層は、10〜50μmの膜厚に形成されることを特徴とする付記1〜3のうち、いずれか一項記載の多層配線基板。 (Additional remark 4) The said 1st and 2nd ceramic layer is formed in the film thickness of 10-50 micrometers, The multilayer wiring board as described in any one among Additional remarks 1-3 characterized by the above-mentioned.
(付記5) 前記第1および第2のセラミック層は、それぞれ前記樹脂積層体の前記上面および下面に形成された電極パッドを露出することを特徴とする付記1〜4のうち、いずれか一項記載の多層配線基板。 (Supplementary Note 5) Any one of Supplementary Notes 1 to 4, wherein the first and second ceramic layers expose electrode pads formed on the top and bottom surfaces of the resin laminate, respectively. The multilayer wiring board as described.
(付記6) 前記第1および第2のセラミック層は、エアロゾルデポジション法により形成されることを特徴とする付記1〜5のうち、いずれか一項記載の多層配線基板。 (Additional remark 6) The said 1st and 2nd ceramic layer is formed by the aerosol deposition method, The multilayer wiring board as described in any one of Additional remarks 1-5 characterized by the above-mentioned.
(付記7) 前記第1および第2のセラミック層は、アルミナまたは窒化アルミニウムよりなることを特徴とする請求項1〜6のうち、いずれか一項記載の多層配線基板。 (Additional remark 7) The said 1st and 2nd ceramic layer consists of an alumina or aluminum nitride, The multilayer wiring board as described in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned.
(付記8) さらに前記樹脂積層体の側壁面にも、エアロゾルデポジション法によりセラミック層が形成されていることを特徴とする付記1〜7のうち、いずれか一項記載の多層配線基板。 (Additional remark 8) Furthermore, the ceramic layer is formed in the side wall surface of the said resin laminated body by the aerosol deposition method, The multilayer wiring board as described in any one of Additional remark 1-7 characterized by the above-mentioned.
(付記9)付記1〜8のいずれか一項記載の多層配線基板と、前記多層配線基板上にフリップチップ実装された半導体チップよりなる半導体装置。 (Appendix 9) A semiconductor device comprising the multilayer wiring board according to any one of appendices 1 to 8 and a semiconductor chip flip-chip mounted on the multilayer wiring board.
(付記10) 各々配線パターンを担持し、さらに前記配線パターンに接続されたビアプラグを有する複数のビルドアップ樹脂層の積層よりなる樹脂積層体を備えた多層配線基板の製造方法であって、
前記樹脂積層体の上面および下面には、前記ビルドアップ層の弾性率よりも大きな弾性率を有する第1および第2のセラミック層が、それぞれ形成されており、
前記第1および第2のセラミック層の少なくとも一方は、前記多層配線基板上において、前記多層配線基板に集積化されたキャパシタを形成し、
前記第1および第2のセラミック層が、エアロゾルデポジション法により形成されることを特徴とする多層配線基板の製造方法。
(Additional remark 10) It is a manufacturing method of the multilayer wiring board provided with the resin laminated body which consists of lamination | stacking of several buildup resin layers which carry | support each wiring pattern and has the via plug further connected to the said wiring pattern,
First and second ceramic layers having an elastic modulus larger than the elastic modulus of the buildup layer are formed on the upper surface and the lower surface of the resin laminate, respectively.
At least one of the first and second ceramic layers forms a capacitor integrated on the multilayer wiring board on the multilayer wiring board;
The method for manufacturing a multilayer wiring board, wherein the first and second ceramic layers are formed by an aerosol deposition method.
(付記11) 前記多層配線基板はコアレス多層配線基板であることを特徴とする付記10記載の多層配線基板の製造方法。 (Additional remark 11) The said multilayer wiring board is a coreless multilayer wiring board, The manufacturing method of the multilayer wiring board of Additional remark 10 characterized by the above-mentioned.
(付記12) 前記第1および第2のセラミック層は、100〜200GPaの弾性率を有することを特徴とする付記10または11記載の多層配線基板の製造方法。
(Additional remark 12) The said 1st and 2nd ceramic layer has an elasticity modulus of 100-200 GPa, The manufacturing method of the multilayer wiring board of
(付記13) 前記第1および第2のセラミック層は、10〜50μmの膜厚に形成されることを特徴とする付記10〜12のうち、いずれか一項記載の多層配線基板の製造方法。 (Additional remark 13) The said 1st and 2nd ceramic layer is formed in the film thickness of 10-50 micrometers, The manufacturing method of the multilayer wiring board as described in any one of Additional remarks 10-12 characterized by the above-mentioned.
(付記14) 前記第1および第2のセラミック層は、それぞれ前記樹脂積層体の前記上面および下面に形成された電極パッドを露出することを特徴とする付記10〜13のうち、いずれか一項記載の多層配線基板の製造方法。 (Supplementary Note 14) Any one of Supplementary Notes 10 to 13, wherein the first and second ceramic layers expose electrode pads formed on the top and bottom surfaces of the resin laminate, respectively. The manufacturing method of the multilayer wiring board as described.
(付記15) 前記第1および第2のセラミック層は、アルミナまたは窒化アルミニウムよりなることを特徴とする請求項10〜14のうち、いずれか一項記載の多層配線基板の製造方法。 (Additional remark 15) The said 1st and 2nd ceramic layer consists of alumina or aluminum nitride, The manufacturing method of the multilayer wiring board as described in any one of Claims 10-14 characterized by the above-mentioned.
(付記16) さらに前記樹脂積層体の側壁面にも、エアロゾルデポジション法によりセラミック層が形成されていることを特徴とする付記10〜15のうち、いずれか一項記載の多層配線基板の製造方法。 (Additional remark 16) Furthermore, the ceramic layer is formed in the side wall surface of the said resin laminated body by the aerosol deposition method, The manufacture of the multilayer wiring board as described in any one of Additional remarks 10-15 characterized by the above-mentioned. Method.
11 多層配線基板
11A,11B,11D,11E ビルドアップ絶縁膜
11C コア部
11C1,11C2 コア層
11G ガラスクロス
12A,12B,12D,12E 配線層
12C スルービア
13A,13B ソルダレジスト
15 半導体チップ
16 バンプ
17 アンダーフィル樹脂層
20 コアレス多層配線基板
20A,20B,80A,80B 高弾性セラミック層
20Ah,20Bh 開口部
20C,20D,20E キャパシタ電極
21,22,23 ビルドアップ絶縁膜
21a,22a,23a Cu配線パターン
21b,22b,23b Cuビアプラグ
30 半導体チップ
31 バンプ
32 アンダーフィル樹脂層
40,80 半導体装置
60 エアロゾルデポジション装置
61 処理容器
61A ステージ
61B ノズル
61a X−Yステージ駆動機構
61b Zステージ駆動機構
61c ジェット
62 メカニカルブースタポンプ
63 原料容器
63A 振動台
64 高圧ガス源
11
Claims (5)
さらに前記樹脂積層体の上面および下面には、前記ビルドアップ層の弾性率よりも大きな弾性率を有する第1および第2のセラミック層が、それぞれ形成されており、
前記第1および第2のセラミック層の少なくとも一方は、前記多層配線基板上において、前記多層配線基板に集積化されたキャパシタを形成することを特徴とする多層配線基板。 A multilayer wiring board comprising a resin laminate comprising a plurality of buildup resin layers each carrying a wiring pattern and further having via plugs connected to the wiring pattern,
Furthermore, first and second ceramic layers having an elastic modulus larger than the elastic modulus of the buildup layer are respectively formed on the upper surface and the lower surface of the resin laminate,
At least one of the first and second ceramic layers forms a capacitor integrated on the multilayer wiring board on the multilayer wiring board.
前記樹脂積層体の上面および下面には、前記ビルドアップ層の弾性率よりも大きな弾性率を有する第1および第2のセラミック層が、それぞれ形成されており、
前記第1および第2のセラミック層の少なくとも一方は、前記多層配線基板上において、前記多層配線基板に集積化されたキャパシタを形成し、
前記第1および第2のセラミック層が、エアロゾルデポジション法により形成されることを特徴とする多層配線基板の製造方法。 A method for producing a multilayer wiring board comprising a resin laminate comprising a plurality of build-up resin layers each carrying a wiring pattern and further having via plugs connected to the wiring pattern,
First and second ceramic layers having an elastic modulus larger than the elastic modulus of the buildup layer are formed on the upper surface and the lower surface of the resin laminate, respectively.
At least one of the first and second ceramic layers forms a capacitor integrated on the multilayer wiring board on the multilayer wiring board;
The method for manufacturing a multilayer wiring board, wherein the first and second ceramic layers are formed by an aerosol deposition method.
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